CN106510727B - 一种用于黑色素瘤早期无标记临床实时检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于黑色素瘤早期无标记临床实时检测装置，包括：光声信号激发组件：包括激光器和用于耦合激光束的耦合透镜；激光传输组件：包括用于传输从光声信号激发组件发出的光束的传输光纤；血管定位组件：包括用于整形光束以适应检测部位血管的激光线性发生器，安装在激光线性发生器上并用于调整输出的激光光斑大小的激光微调器，以及用于固定激光线性发生器于检测部位上的探测固定带；光声信号探测组件：包括安装在探测固定带上的光声信号采集单元，以及与光声信号采集单元连接的光声信号处理单元。与现有技术相比，本发明可以实现临床检测、无创检测，不用抽血、不用标记，为临床肿瘤细胞的早期检测提供了新的途径等。
Description
技术领域
本发明涉及一种黑色素瘤的检测装置，尤其是涉及一种用于黑色素瘤早期无标记临床实时检测装置。
背景技术
目前，癌症是严重威胁人类生命和健康的疾病杀手之一。癌症病人如能在早期及时发现并治疗，可以提高病人的生存率，这对于病人而言有着很大的好处。所以，对于癌症要早期诊断、早期发现并且及时治疗。
黑色素瘤是一种恶性的癌症肿瘤，是世界范围内最严重的皮肤癌之一。在所有医治无效的皮肤癌患者中间，由皮肤癌导致的死亡率高达80％以上。在全球范围内，每年都会有160,000例的黑色素瘤新增病例。每年在全球范围内，黑色素瘤会造成约48,000例的死亡数量。该种类型的癌症病例广泛分布在高加索地区，特别是在阳光充足的气候中。近年来，在北美、欧洲、南非和拉美等地，该类型的肿瘤发病率也直线上升。
如果能够在发病早期发现该种类型癌症的存在，将尚未生长完全的癌细胞完全移除，治疗的机会将会大幅上升。多年来，肿瘤学家认为部分医疗干预(如触诊、活组织检查、手术切除等)可能会促进转移，导致肿瘤细胞向血液中释放，大大增加了转移的风险。如何能够在不抽血、不接触肿瘤组织部位对人体内的肿瘤细胞进行检测成为黑色素瘤细胞的早期诊断亟待解决的问题。临床试验表明：循环黑色素瘤细胞与黑色素瘤的转移密切相关，因此如果能检测循环中黑色素瘤细胞的个数，可以为黑色素瘤的诊断提供一个重要的指标。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于黑色素瘤早期无标记临床实时检测装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于黑色素瘤早期无标记临床实时检测装置，包括：
光声信号激发组件：包括激光器和接在激光器发射口处并用于耦合激光束的耦合透镜；
激光传输组件：包括用于传输从光声信号激发组件发出的光束的传输光纤，该传输光纤一端连接耦合透镜，另一端连接激光线性发生器；
血管定位组件：包括用于整形光束以适应检测部位血管的激光线性发生器，安装在激光线性发生器上并用于调整输出的激光光斑大小的激光微调器，以及用于固定激光线性发生器于检测部位上的探测固定带；
光声信号探测组件：包括安装在探测固定带上的光声信号采集单元，以及与光声信号采集单元连接的光声信号处理单元。
优选的，所述的激光器为掺镱光纤激光器，其脉冲频率为0.5MHz，波长为1064nm，脉冲时间宽度为10ns，脉冲能量为100uJ。
优选的，所述的激光线性发生器的发散角度为60度，其晶体的直径为10mm，但不限于60度，可以为30度、45度、60度等任意角度，直径不限于10mm，直径可以为1-100mm。
优选的，检测部位为手腕，对应的探测固定带为手环腕带，在手环腕带上还预留有用于安装所述光声信号采集单元的小孔。
更优选的，所述的手腕环带为采用3D打印技术打印的无毒聚乙烯材料的可伸缩腕带。
优选的，所述的光声信号采集单元为10MHz的水浸式超声探头。
循环血液中的黑色素瘤细胞比正常细胞富有更多的黑色素，实验表明：黑色素在血液背景下可产生信号，黑色素对特定波长具有强吸收的特点。基于以上两种特性，本发明设计了一种用于黑色素瘤早期无标记临床实时检测的诊断装置，其具体检测过程为：从激光器发出低功率、高频率的激光经(耦合透镜)光束耦合后进入激光传输组件，激光传输组件将光束传输到血管定位组件，并进行光斑整形，使激光传输组件传输的圆形光斑的激光整形成条形光斑，从而可以覆盖人体腕部等部位的血管；激光照射到血管内的黑色素瘤细胞后，黑色素瘤细胞吸收的光能通过分子振动和热弹性膨胀转化为热能，导致局部初始压力增加，形成波源，最终被皮肤表面的光声信号采集单元探测到，光声信号采集单元探测到光声信号后经光声信号处理单元处理后得到单位时间内通过的黑色素瘤细胞个数供研究人员以及医生参考。
本发明的光声信号处理单元首先对测得的光声信号做去噪处理，方法包括小波去噪和平均去噪。小波去噪可以有效地滤除信号中的各种噪声，使信号更加明确；平均去噪可以有效地提高信号的信噪比。对信号的处理分为时域处理和频域处理。时域处理包括阈值判断和相关参数的统计。阈值的设定使用了公式法，统计的参数主要包括信号峰的半高全宽(FWHM)和峰谷差距值。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、该方法可以有效地检测循环中的靶细胞(如黑色素瘤细胞)，得到细胞的光声信号。通过对靶细胞光声信号的分析处理，可以得到肿瘤细胞光声信号的特征，实现对肿瘤的早期检测。
2、能做到临床检测、无创检测，不用抽血、不用标记，为临床肿瘤细胞的早期检测提供了新的途径。通过使用该算法对检测得到的信号做处理和分析，可以在早期判断活体循环系统内是否有靶细胞的存在，进而为临床判断黑色素瘤提供一个重要临床指标。这对于肿瘤病人的早期预防及治疗有着极大的意义。
3、该装置实现了激光的柔性传输，可以实现设备和患者的隔离，有效避免了患者对大型诊断设备的恐惧心理。
4、该装置的手环腕带设计具有可调节功能，适用于不同的检测人群，可长期无创检测。
5、该设备以黑色素瘤细胞为基础，可以扩展到其它癌细胞及红细胞、干细胞等领域，用途广泛。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中，1-光声信号激发组件，11-激光器，12-耦合透镜，2-激光传输组件，3-血管定位组件，31-激光线性发生器，32-激光微调器，33-手环腕带，4-光声信号探测组件，41-光声信号采集单元，42-光声信号处理单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种用于黑色素瘤早期无标记临床实时检测装置，其结构如图1所示，包括：
光声信号激发组件1：包括激光器11和接在激光器11发射口处并用于耦合激光束的耦合透镜12，其中，激光器11为掺镱光纤激光器11，其脉冲频率为0.5MHz，波长为1064nm，脉冲时间宽度为10ns，脉冲能量为100uJ。
激光传输组件2：包括用于传输从光声信号激发组件1发出的光束的传输光纤，该传输光纤一端连接耦合透镜12，另一端连接激光线性发生器31；传输光纤为芯径为1000um的单模光纤。
血管定位组件3：包括用于整形光束以适应手腕血管的激光线性发生器31，安装在激光线性发生器31上并用于调整输出的激光光斑大小的激光微调器32，以及用于固定激光线性发生器31于手腕上的手环腕带33。激光线性发生器31采用发散角度为60度，其晶体的直径为10mm，但不限于60度，可以为30度、45度、60度等任意角度。
手腕环带为采用3D打印技术打印的无毒聚乙烯材料的可伸缩腕带。在手环腕带33上还预留有用于安装光声信号采集单元41的小孔。
光声信号探测组件4：包括安装在手环腕带33上的光声信号采集单元41，以及与光声信号采集单元41连接的光声信号处理单元42。光声信号采集单元41为10MHz的水浸式超声探头。
本实施例的具体检测过程为：从激光器11发出低功率、高频率的激光经(耦合透镜12)光束耦合后进入激光传输组件2，激光传输组件2将光束传输到血管定位组件3，并进行光斑整形，使激光传输组件2传输的圆形光斑的激光整形成条形光斑，从而可以覆盖人体腕部等部位的血管；激光照射到血管内的黑色素瘤细胞后，黑色素瘤细胞吸收的光能通过分子振动和热弹性膨胀转化为热能，导致局部初始压力增加，形成波源，最终被皮肤表面的光声信号采集单元41探测到，光声信号采集单元41探测到光声信号后经光声信号处理单元42处理后得到单位时间内通过的黑色素瘤细胞个数供研究人员以及医生参考。
光声信号处理单元42首先对测得的光声信号做去噪处理，方法包括小波去噪和平均去噪。小波去噪可以有效地滤除信号中的各种噪声，使信号更加明确；平均去噪可以有效地提高信号的信噪比。对信号的处理分为时域处理和频域处理。时域处理包括阈值判断和相关参数的统计。阈值的设定使用了公式法，统计的参数主要包括信号峰的半高全宽(FWHM)和峰谷差距值。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种用于黑色素瘤早期无标记临床实时检测装置，其特征在于，包括：
光声信号激发组件(1)：包括激光器(11)和接在激光器(11)发射口处并用于耦合激光束的耦合透镜(12)；
激光传输组件(2)：包括用于传输从光声信号激发组件(1)发出的光束的传输光纤，该传输光纤一端连接耦合透镜(12)，另一端连接激光线性发生器(31)；
血管定位组件(3)：包括用于整形光束以适应检测部位血管的激光线性发生器(31)，安装在激光线性发生器(31)上并用于调整输出的激光光斑大小的激光微调器(32)，以及用于固定激光线性发生器(31)于检测部位上的探测固定带；
光声信号探测组件(4)：包括安装在探测固定带上的光声信号采集单元(41)，以及与光声信号采集单元(41)连接的光声信号处理单元(42)；
所述的激光器(11)为掺镱光纤激光器，其脉冲频率为0.5MHz，波长为1064nm，脉冲时间宽度为10ns，脉冲能量为100uJ；
所述的激光线性发生器(31)的发散角为30°、45°或60°，其晶体的直径为1-100mm；
检测部位为手腕，对应的探测固定带为手环腕带(33)，在手环腕带(33)上还预留有用于安装所述光声信号采集单元(41)的小孔；
从激光器(11)发出低功率、高频率的激光经耦合透镜(12)光束耦合后进入激光传输组件(2)，激光传输组件(2)将光束传输到血管定位组件(3)，并进行光斑整形，使激光传输组件(2)传输的圆形光斑的激光整形成条形光斑，从而可以覆盖人体血管；激光照射到血管内的黑色素瘤细胞后，黑色素瘤细胞吸收的光能通过分子振动和热弹性膨胀转化为热能，导致局部初始压力增加，形成波源，最终被皮肤表面的光声信号采集单元(41)探测到，光声信号采集单元(41)探测到光声信号后经光声信号处理单元(42)处理后得到单位时间内通过的黑色素瘤细胞个数供研究人员以及医生参考；
所述的激光线性发生器(31)的发散角为60°，其晶体的直径为10mm；
所述的手环腕带为采用3D打印技术打印的无毒聚乙烯材料的可伸缩腕带；
所述的光声信号采集单元(41)为10MHz的水浸式超声探头。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |